研究發(fā)現(xiàn)蜥蜴“重造”皮下骨甲 多次獨(dú)立進(jìn)化顛覆百年假說

澳大利亞研究團(tuán)隊(duì)最新重建的爬行動(dòng)物演化譜系顯示，蜥蜴皮膚中如同“鎖子甲”的骨質(zhì)小板——皮內(nèi)成骨（osteoderms），并非傳統(tǒng)觀點(diǎn)所說的古老遺存，而是在多個(gè)譜系中于漫長演化史上反復(fù)、獨(dú)立產(chǎn)生甚至“卷土重來”，這一結(jié)果顛覆了生物學(xué)界延續(xù)一個(gè)多世紀(jì)的共識(shí)。

來自維多利亞博物館研究所（MVRI）的科學(xué)家在最新研究中指出，這些埋藏在皮膚中的骨板，并不是大多數(shù)蜥蜴從共同祖先那里繼承下來、隨后部分支系再度丟失的古老特征，相反，多數(shù)蜥蜴的皮內(nèi)成骨是在不同譜系中晚期多次獨(dú)立進(jìn)化而成，有些甚至發(fā)生在相關(guān)類群最初失去骨甲后的數(shù)千萬年之后。 研究團(tuán)隊(duì)稱，許多蜥蜴等于是從零開始“重造”并優(yōu)化了自身的防護(hù)裝甲，展示出一種罕見的演化“再創(chuàng)新”現(xiàn)象。

這一趨勢在巨蜥類身上體現(xiàn)得尤為典型，尤其是在澳大利亞。研究顯示，包括澳洲戈安納巨蜥在內(nèi)的早期巨蜥祖先，曾在演化過程中完全丟失皮內(nèi)成骨，原因很可能是主動(dòng)追獵生活方式對速度與靈活性的需求高于厚重裝甲所提供的防護(hù)。 然而在約1700萬至2000萬年前的中新世，部分澳洲及巴布亞巨蜥的共同祖先再次演化出了更輕、更靈活的骨質(zhì)皮甲，被認(rèn)為與其擴(kuò)散至干旱環(huán)境、面對新的生態(tài)壓力有關(guān)。 研究人員推測，在這些環(huán)境中，皮內(nèi)成骨除了提供防御，還可能有助于減少水分流失，或強(qiáng)化身體特定部位以適應(yīng)攀爬等行為。

“這一發(fā)現(xiàn)再次凸顯澳大利亞在演化史上的獨(dú)特地位：這里不僅有占主導(dǎo)地位的有袋類和會(huì)下蛋的哺乳動(dòng)物，如今還成了已知唯一發(fā)生爬行動(dòng)物皮內(nèi)成骨‘回歸’的地方。”論文第一作者、MVRI和澳大利亞國立大學(xué)研究員羅伊·埃貝爾（Roy Ebel）表示。

在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)以約3.2億年的時(shí)間尺度重建了有鱗類爬行動(dòng)物——包括蜥蜴和蛇——皮內(nèi)成骨的演化歷史。 科學(xué)家綜合分析了643種現(xiàn)生和已滅絕物種，借助高分辨率CT成像數(shù)據(jù)標(biāo)繪不同物種體表骨板的分布，再與大規(guī)模分子系統(tǒng)樹及化石記錄進(jìn)行比對，并采用允許不同時(shí)間段演化速率變化的模型推演祖先類群是否具備皮內(nèi)成骨，從而獲得迄今最為全面的骨甲演化圖景。

結(jié)果顯示，最早的蜥蜴祖先幾乎可以肯定完全缺乏皮內(nèi)成骨，這一特征在蜥蜴剛出現(xiàn)后的數(shù)千萬年間一直處于“缺席”狀態(tài)。 研究指出，皮內(nèi)成骨在現(xiàn)代蜥蜴各大類群中至少獨(dú)立起源了13次，其中大多數(shù)發(fā)生在約1.4億年前的晚侏羅世至早白堊世這一相對集中的時(shí)間窗口，恰逢多個(gè)主要譜系開始迅速分化的階段。

一旦皮內(nèi)成骨在某一蜥蜴譜系中出現(xiàn)，它通常會(huì)被長期保留下來。研究發(fā)現(xiàn)，在多數(shù)現(xiàn)代蜥蜴類群中，后期再度丟失骨甲的情況十分罕見，這使得皮內(nèi)成骨成為一種穩(wěn)定的長期演化特征。 巨蜥類是唯一顯著的例外：它們大約在7200萬年前徹底失去了皮內(nèi)成骨，隨后在中新世又在部分澳洲和巴布亞譜系中以更輕巧的形式重新出現(xiàn)，形成了今天世界上同時(shí)存在披甲與非披甲巨蜥物種的“補(bǔ)丁式”分布格局。

研究同時(shí)強(qiáng)調(diào)，皮內(nèi)成骨的功能遠(yuǎn)不止“護(hù)甲”那么簡單。與骨骼不同，這些骨板是在皮膚內(nèi)形成的，具有多重生理與生態(tài)作用。 在鱷類中，皮內(nèi)成骨被證實(shí)可以在動(dòng)物長時(shí)間潛水時(shí)釋放鈣，幫助中和血液中累積的酸，從而維持體內(nèi)酸堿平衡。 此外，這些骨板還參與體溫調(diào)節(jié)、礦物質(zhì)儲(chǔ)存及水分保持等過程，是一種多功能的生物結(jié)構(gòu)，其演化起源在過去一直缺乏清晰解釋。

通過對現(xiàn)生蜥蜴高精度CT掃描數(shù)據(jù)的比對與系統(tǒng)發(fā)育建模，研究團(tuán)隊(duì)得以繪制出皮內(nèi)成骨在不同譜系中出現(xiàn)、消失乃至復(fù)現(xiàn)的時(shí)間軸。 化石記錄顯示，早在一億多年前，地球上就已存在形態(tài)多樣的骨質(zhì)裝甲板，如今這些信息被納入統(tǒng)一框架，為現(xiàn)代爬行動(dòng)物骨甲的起源和演化提供了更明晰的時(shí)間線。

新成果也為理解形態(tài)“趨同演化”提供了典型實(shí)例。研究指出，美國和墨西哥原產(chǎn)的毒蜥（Heloderma suspectum），在外觀上與澳大利亞本土的瓦帶石龍子（Tiliqua rugosa，俗稱石龍子）非常相似，均披覆明顯的骨質(zhì)裝甲，但兩者走向類似體型與防護(hù)結(jié)構(gòu)的演化路徑完全不同。 這一現(xiàn)象與飛行能力在昆蟲、翼龍、鳥類和蝙蝠中至少四次獨(dú)立進(jìn)化的模式相呼應(yīng)，提示類似生態(tài)需求可在不同演化路線中反復(fù)“催生”相近的形態(tài)解決方案。

對于動(dòng)物學(xué)家和演化生物學(xué)家而言，這份新的演化地圖不僅解答了一個(gè)圍繞皮內(nèi)成骨起源的百年?duì)幷摚矠楹罄m(xù)深入研究其形成機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。 未來工作有望進(jìn)一步揭示控制皮內(nèi)成骨生成的基因與發(fā)育通路，以及這些機(jī)制如何在不同蜥蜴譜系中被多次、獨(dú)立地“調(diào)動(dòng)”起來，以滿足不同環(huán)境與生活方式的需求。

“我們的研究表明，有鱗類的皮內(nèi)成骨表達(dá)來自多次獨(dú)立獲得。”作者在論文結(jié)語中寫道，“這一重建為該假說提供了迄今最有力的支持，也為探討相關(guān)演化機(jī)制提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。” 研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，這些發(fā)現(xiàn)有助于更好理解塑造當(dāng)今爬行動(dòng)物多樣性的選擇壓力和演化軌跡。 相關(guān)論文已發(fā)表在《林奈學(xué)會(huì)生物學(xué)雜志》（Biological Journal of the Linnean Society），并通過維多利亞博物館與學(xué)術(shù)平臺(tái)對外發(fā)布。